勻光結(jié)構(gòu)及其制作方法、勻光系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及勻光技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種勻光結(jié)構(gòu)及其制作方法，以及一種包括該勻光結(jié)構(gòu)的勻光系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]激光具有亮度高、單色性(相干性)與方向性好等特點(diǎn)，在科學(xué)研究、工程技術(shù)及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有十分重要和廣泛的應(yīng)用。但是，由于激光器出射的原始激光能量分布不均勻，需要對(duì)激光器發(fā)出的激光光束進(jìn)行均勻化。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中主要通過(guò)方棒和復(fù)眼實(shí)現(xiàn)激光勻光。如圖1所示，對(duì)于使用方棒實(shí)現(xiàn)激光勻光的裝置，當(dāng)入射光線進(jìn)入方棒110后，在方棒110內(nèi)經(jīng)過(guò)多次反射實(shí)現(xiàn)勻光。但當(dāng)要求其出射光斑面積小、立體角小(即光學(xué)擴(kuò)展量小)時(shí)，需要將方棒110加工成尺寸很小的結(jié)構(gòu)，對(duì)加工造成了挑戰(zhàn)；而且，此光路還需涉及其他元件，如第一收集透鏡100，第二收集透鏡120，涉及元件較多，光路較長(zhǎng)，局限了實(shí)際應(yīng)用。
[0004]對(duì)于使用復(fù)眼透鏡實(shí)現(xiàn)激光勻光的裝置，如圖2所示，當(dāng)入射光線經(jīng)過(guò)第一組復(fù)眼透鏡200和第二組復(fù)眼透鏡210兩組復(fù)眼透鏡時(shí)，第一組復(fù)眼透鏡200將入射光束分割成多束子光束，第二組透鏡210將多束子光束進(jìn)行疊加，從而達(dá)到勻光的效果。但當(dāng)要求光學(xué)擴(kuò)展量小時(shí)，需要復(fù)眼透鏡的尺寸變得很小，才能使得出射光束具有較小的孔徑角和截面積。而小尺寸的復(fù)眼透鏡單元對(duì)加工和開(kāi)模提出了很高的要求。
[0005]此外，還可以采用微透鏡陣列實(shí)現(xiàn)激光勻光，對(duì)于使用微透鏡陣列實(shí)現(xiàn)激光勻光的裝置，由于微透鏡陣列尺寸很小，使得使用微透鏡陣列實(shí)現(xiàn)勻光的裝置的光學(xué)功率密度很高，從而導(dǎo)致微透鏡陣列需利用特殊的材料(如熔融石英)制作，其成本較高，而且因?yàn)槿廴谑⒌娜埸c(diǎn)很高，使得脫模等加工變得困難。
[0006]由此可見(jiàn)，現(xiàn)有技術(shù)中的激光勻光裝置，在滿(mǎn)足光束擴(kuò)展量較小的要求時(shí)，均存在加工困難的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種勻光結(jié)構(gòu)及其制作方法，以及一種勻光系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的激光勻光裝置，在滿(mǎn)足光束擴(kuò)展量較小的要求時(shí)，所存在的加工困難的問(wèn)題。
[0008]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種。
[0009]—種勻光結(jié)構(gòu)，包括:基板以及位于所述基板表面的圖案結(jié)構(gòu)；其中，所述圖案結(jié)構(gòu)的形成工藝為轉(zhuǎn)印工藝，且所述圖案結(jié)構(gòu)包括多個(gè)微結(jié)構(gòu)，用于對(duì)照射到其表面的入射光束進(jìn)行勻光。
[0010]優(yōu)選的,所述基板的上表面和下表面中至少有一個(gè)是曲面。
[0011]優(yōu)選的，所述基板的上表面設(shè)置有圖案結(jié)構(gòu)，或，所述基板的下表面設(shè)置有圖案結(jié)構(gòu)。
[0012]優(yōu)選的，所述基板的上表面和下表面均設(shè)置有圖案結(jié)構(gòu)。
[0013]優(yōu)選的，位于所述基板上表面和下表面的圖案結(jié)構(gòu)相同或不同。
[0014]優(yōu)選的，所述基板的上表面和下表面均為曲面。
[0015]優(yōu)選的，所述基板表面為曲面時(shí)，所述基板表面為平凹曲面或平凸曲面。
[0016]優(yōu)選的，所述圖案結(jié)構(gòu)的表面為多個(gè)弧形面構(gòu)成的曲面，或多個(gè)鋸齒構(gòu)成的鋸齒面，或多個(gè)臺(tái)階構(gòu)成的階梯面。
[0017]優(yōu)選的，所述圖案結(jié)構(gòu)的制作材料為硅膠、環(huán)氧膠、UV膠或玻璃。
[0018]優(yōu)選的，所述圖案結(jié)構(gòu)的厚度不大于100 μ m。
[0019]優(yōu)選的，所述圖案結(jié)構(gòu)的制作材料為玻璃時(shí)，所述勻光結(jié)構(gòu)還包括:位于所述圖案結(jié)構(gòu)背離所述基板一側(cè)減反射膜，或，位于所述基板背離所述圖案結(jié)構(gòu)一側(cè)的減反射膜。
[0020]優(yōu)選的，所述基板為玻璃基板或藍(lán)寶石基板。
[0021]一種勻光系統(tǒng)，包括:
[0022]激光器，用于發(fā)出激光光束，形成入射光束；
[0023]上述任一項(xiàng)所述的勻光結(jié)構(gòu)，用于接收入射光束，對(duì)照射到其表面的入射光束進(jìn)行勻光；
[0024]熒光輪，用于接收所述勻光后的均勻光束。
[0025]優(yōu)選的，激光器的發(fā)散角a〈(i)max/3,其中，a = arctan (r/1), ΦΜΧ = arctan (d/f),d代表微結(jié)構(gòu)的尺寸，f表不微結(jié)構(gòu)的焦距，r為遠(yuǎn)場(chǎng)光斑的半徑大小，I為激光器到遠(yuǎn)場(chǎng)光斑所在處的距離。
[0026]一種勻光結(jié)構(gòu)的制作方法，應(yīng)用于上述任一項(xiàng)所述勻光結(jié)構(gòu)，該制作方法包括:
[0027]提供基板；
[0028]利用模具將待轉(zhuǎn)印圖案轉(zhuǎn)印至所述基板表面，在所述基板表面形成圖案結(jié)構(gòu)；
[0029]其中，所述圖案結(jié)構(gòu)包括多個(gè)微結(jié)構(gòu)，用于對(duì)照射到其表面的入射光束進(jìn)行勻光，形成均勻光束。
[0030]優(yōu)選的，利用模具將待轉(zhuǎn)印圖案轉(zhuǎn)印至所述基板表面，在所述基板表面形成圖案結(jié)構(gòu)包括:
[0031]在所述基板表面均勻涂布硅膠或環(huán)氧膠，形成圖案層；
[0032]選擇具有待轉(zhuǎn)印圖案的模具，對(duì)所述圖案層進(jìn)行壓印；
[0033]通過(guò)熱固化的方式將待轉(zhuǎn)印圖案轉(zhuǎn)移至所述圖案層上，形成圖案結(jié)構(gòu)。
[0034]優(yōu)選的，利用模具將待轉(zhuǎn)印圖案轉(zhuǎn)印至所述基板表面，在所述基板表面形成圖案結(jié)構(gòu)包括:
[0035]在所述基板表面均勻涂布UV膠，形成圖案層；
[0036]選擇具有待轉(zhuǎn)印圖案的模具，對(duì)所述圖案層進(jìn)行壓印；
[0037]通過(guò)UV固化的方式將待轉(zhuǎn)印圖案轉(zhuǎn)移至所述圖案層上，形成圖案結(jié)構(gòu)。
[0038]優(yōu)選的，利用模具將待轉(zhuǎn)印圖案轉(zhuǎn)印至所述基板表面，在所述基板表面形成圖案結(jié)構(gòu)包括:
[0039]在基板表面放置玻璃板；
[0040]對(duì)所述玻璃板加熱至熔融態(tài)，形成圖案層；
[0041]選擇具有待轉(zhuǎn)印圖案的模具，對(duì)所述圖案層進(jìn)行壓印；
[0042]通過(guò)熱壓成型的方式將待轉(zhuǎn)印圖案轉(zhuǎn)移至所述圖案層上，形成圖案結(jié)構(gòu)。
[0043]優(yōu)選的，所述基板的熔點(diǎn)高于所述玻璃板的熔點(diǎn)；所述基板的膨脹系數(shù)與所述玻璃板的膨脹系數(shù)在同一數(shù)量級(jí)。
[0044]優(yōu)選的，當(dāng)所述基板為玻璃基板時(shí)，該制作方法還包括:
[0045]在所述圖案結(jié)構(gòu)背離所述基板的一側(cè)形成減反射膜；或，在所述基板背離所述圖案結(jié)構(gòu)的一側(cè)形成減反射膜。
[0046]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0047]本發(fā)明所提供的勻光結(jié)構(gòu)，包括:基板以及位于所述基板表面的圖案結(jié)構(gòu)，其中，所述圖案結(jié)構(gòu)的形成工藝為轉(zhuǎn)印工藝，且所述圖案結(jié)構(gòu)包括多個(gè)微結(jié)構(gòu)，用于對(duì)照射到其表面的入射光束進(jìn)行勻光，形成均勻光束。由此可見(jiàn)，本發(fā)明實(shí)施例所提供的勻光結(jié)構(gòu)，是通過(guò)圖案結(jié)構(gòu)中的各個(gè)微結(jié)構(gòu)對(duì)照射到其表面的入射光束進(jìn)行折射，以改變?nèi)肷涔馐膫鞑シ较?，而圖案結(jié)構(gòu)中的微結(jié)構(gòu)會(huì)將入射光束分割為無(wú)數(shù)細(xì)小的子光束，這些子光束再進(jìn)行疊加時(shí)，每個(gè)子光束的微小不均勻性將在疊加過(guò)程中被平滑，從而使得各子光束的混合更加均勻，提高了所述勻光結(jié)構(gòu)出射光束的均勻度，實(shí)現(xiàn)了勻光。
[0048]另外，本發(fā)明實(shí)施例所提供的勻光結(jié)構(gòu)中，所述圖案結(jié)構(gòu)是通過(guò)轉(zhuǎn)印工藝形成的，在滿(mǎn)足光束擴(kuò)展量小的要求時(shí)，只需改變轉(zhuǎn)印時(shí)，所述圖案結(jié)構(gòu)中微結(jié)構(gòu)的形狀和大小，即可降低所述勻光結(jié)構(gòu)的光束擴(kuò)展量，工藝簡(jiǎn)單，成本較低，解決了現(xiàn)有技術(shù)中的激光勻光裝置，在滿(mǎn)足光束擴(kuò)展量較小的要求時(shí)，所存在的加工困難的問(wèn)題。
[0049]而且，本發(fā)明實(shí)施例所提供的勻光結(jié)構(gòu)，只通過(guò)所述基板和位于所述基板表面的圖案結(jié)構(gòu)即可實(shí)現(xiàn)勻光，而不需要其他的輔助的光學(xué)部件，光路結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單。
[0050]綜上可知，本發(fā)明實(shí)施例所提供的勻光結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，且在實(shí)現(xiàn)光束擴(kuò)展量較小時(shí)的要求時(shí)，工藝簡(jiǎn)單。
【附圖說(shuō)明】
[0051]圖1為現(xiàn)有技術(shù)使用方棒的激光勻光裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0052]圖2為現(xiàn)有技術(shù)使用復(fù)眼透鏡的激光勻光裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0053]圖3-圖12為本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例中所提供的勻光結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0054]圖13為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中，圖案結(jié)構(gòu)對(duì)入射光線進(jìn)行透射的示意圖；
[0055]圖14為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中，微結(jié)構(gòu)對(duì)入射光線進(jìn)行反射和入射的示意圖；
[0056]圖15-圖16為本發(fā)明實(shí)施例所提供的勻光系統(tǒng)的兩種結(jié)構(gòu)示意圖；
[0057]圖17為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中所提供的勻光系統(tǒng)的局部光路示意圖；
[0058]圖18為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中所提供的勻光系統(tǒng)中，非準(zhǔn)直入射光束時(shí)，勻光結(jié)構(gòu)的光路不意圖；
[0059]圖19為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中所提供的勻光系統(tǒng)中，微結(jié)構(gòu)的光路示意圖；
[0060]圖20為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例所提供的勻光結(jié)構(gòu)制作方法的流程圖；
[0061]圖21-圖24為本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例所提供的勻光結(jié)構(gòu)制作方法的流程圖；
[0062]圖25-圖28為本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例所提供的勻光結(jié)構(gòu)制作方法的流程圖；
[0063]圖29-圖32為本發(fā)明再一個(gè)實(shí)施例所提供的勻光結(jié)構(gòu)制作方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0064]正如【背景技術(shù)】部分所述，現(xiàn)有技術(shù)中的激光勻光裝置，在實(shí)現(xiàn)小的光學(xué)擴(kuò)展量時(shí)，存在加工困難的問(wèn)題
[0065]有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種勻光結(jié)構(gòu)，包括:基板以及位于所述基板表面的圖案結(jié)構(gòu)；其中，所述圖案結(jié)構(gòu)的形成工藝為轉(zhuǎn)印工藝，且所述圖案結(jié)構(gòu)包括多個(gè)微結(jié)構(gòu)，用于對(duì)照射到其表面的入射光束進(jìn)行勻光，形成均勻光束。
[0066]相應(yīng)的，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種勻光系統(tǒng)，包括:
[0067]激光器，用于發(fā)出激光光束，形成入射光束；
[0068]上述勻光結(jié)構(gòu)，用于接收入射光束，對(duì)照射到其表面的入射光束進(jìn)行勻光，形成均勻光束；
[0069]熒光輪，用于接收所述均勻光束。
[0070]此外，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種勻光結(jié)構(gòu)的制作方法，包括:
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